Sedimanter kayaçlar dersinin önemli bir konunu oluşturan “Laminer ve Türbülant Akmalar Hangi Tortu Çökelimini Sonuçlar” konusu, tortulların taşınma ve biriktirme şekillerini ve bu akımların tortul kayaların dokusunu ve bileşimini nasıl etkilediğini anlamada kritik önem taşır.
Laminer (düzenli) akmalar laminalı ve masif katmanların, temiz (çamur içermeyen) kumların, Türbülant (çevrintili) akmalar ise kirli (çamur bakımından zengin) kumların çökelimini sonuçlayabilir.
Laminer Akım
Laminer akım, akışkanın katmanlar halinde ve birbirine karışmadan aktığı bir akım türüdür. Bu akım türünde, akışkanın her katmanı aynı hızda hareket eder ve akışkan boyunca herhangi bir girdap veya dalgalanma görülmez. Laminer akım, düşük Reynolds sayısına sahip akışkanlarda, yani akışkanın viskozitesinin (akışkanlığın tersinin) akışkanın ataletinden (hareket etme eğilimi) daha büyük olduğu durumlarda oluşur.
Laminer Akımın Özellikleri
- Akışkan katmanlar halinde ve birbirine karışmadan akar.
- Her katman aynı hızda hareket eder.
- Girdap veya dalgalanma görülmez.
- Düşük Reynolds sayısına sahip akışkanlarda oluşur.
- Viskozite, ataletten daha büyüktür.
Laminar, pürüzsüz akış çizgileri ve yüksek düzenli hareket ile karakterizedir. Düz dairesel bir borunun tam gelişmiş bölgesinde sabit özelliklere sahip sıkıştırılamaz bir sıvının sürekli laminer akışı meydana getirdiğini görürsünüz.
Laminer Akımın Oluştuğu Yerler
- Düşük akış hızına sahip nehirler ve kanallar.
- Borulardaki akışkanlar.
- Kan damarlarındaki kan akışı.
- Yağmur damlaları.
- Hava tabakaları.
Türbülant Akım
Türbülant akım, akışkanın girdaplar ve dalgalanmalar ile karışık bir şekilde aktığı bir akım türüdür. Bu akım türünde, akışkanın farklı katmanları farklı hızlarda hareket eder ve akışkan boyunca girdaplar ve dalgalanmalar görülür. Türbülant akım, yüksek Reynolds sayısına sahip akışkanlarda, yani akışkanın ataletinin akışkanın viskozitesinden daha büyük olduğu durumlarda oluşur.
Türbülant Akımın Özellikleri
- Akışkan girdaplar ve dalgalanmalar ile karışık bir şekilde akar.
- Farklı katmanlar farklı hızlarda hareket eder.
- Girdaplar ve dalgalanmalar görülür.
- Yüksek Reynolds sayısına sahip akışkanlarda oluşur.
- Atalet, viskoziteden daha büyüktür.
Türbülant, akışkan akışının bazı kısımlarındaki aşırı kinetik enerjiden kaynaklanır ve bu, akışkanın viskozitesinin sönümleme etkisinin üstesinden gelir. Genel anlamda, türbülanslı akışta, birbirleriyle etkileşime giren birçok boyutta kararsız girdaplar ortaya çıkar, dolayısıyla sürtünme etkileri nedeniyle sürükleme artar.
Türbülant Akımın Oluştuğu Yerler
- Hızlı akan nehirler ve kanallar.
- Borulardaki yüksek hızlı akışkanlar.
- Uçak kanatlarının etrafındaki hava akışı.
- Duman ve bulutlar.
- Okyanus dalgaları.
Laminer ve türbülanslı akış arasındaki fark
Akışkan dinamiğinde, laminer akış, akışkan partiküllerinin düzensiz hareketi ile karakterize edilen türbülanslı akışın aksine, akışkan partiküllerinin düzgün veya düzenli yolları ile karakterize edilir. Laminer akış, daha düşük hızlarda ve yüksek viskozitede meydana gelme eğilimindedir. Türbülanslı akış , kaotik özellik değişiklikleri ile karakterize edilen bir akış rejimidir. Bu, uzay ve zamanda hızlı basınç ve akış hızı değişimini içerir . Laminer akışın aksine , akışkan artık katmanlar halinde hareket etmez ve tüp boyunca karıştırma son derece verimlidir.
Tortu Çökelimine Etki Eden Diğer Faktörler
Laminer ve türbülant akımlar tortu çökeliminde önemli bir rol oynasalar da, bu süreci etkileyen başka faktörler de mevcuttur. Bu faktörleri şu şekilde sıralayabiliriz:
Tortuların Boyutu ve Şekli
- Büyük ve yuvarlak tortular, küçük ve köşeli tortullara göre daha hızlı çöker.
- Düz ve yassı tortular, dikey olarak çökerken, yuvarlak tortular yuvarlanarak çöker.
Tortuların Yoğunluğu
Yoğun tortular, daha az yoğun tortullara göre daha hızlı çöker.
Akışkanın Derinliği
- Derin sularda, tortuların çökelmesi için daha fazla zaman vardır.
- Sığ sularda, tortular daha hızlı çöker ve daha az taşınır.
Çevrenin Topografik Özellikleri
- Engebeli arazide, tortular yamaçlarda birikir ve vadi tabanlarında daha az birikir.
- Düz arazide, tortular daha eşit bir şekilde birikir.
Akışkanın Kimyasal Bileşimi
- Çözeltideki iyonlar, tortuların birbirine yapışmasına ve çökelmesine neden olabilir.
- Kimyasal reaksiyonlar, tortuların kimyasal bileşimini değiştirebilir ve çözünürlüğünü etkileyebilir.
Biyolojik Aktivite
- Organizmalar, tortuların üretilmesine, taşınmasına ve çökelmesine katkıda bulunabilir.
- Bitkiler ve hayvanlar, tortuları stabilize ederek erozyonu önleyebilir.
Rüzgar ve Dalgalar
- Rüzgar ve dalgalar, tortuları kıyı şeridi boyunca taşıyabilir ve aşındırabilir.
- Fırtınalar, tortuları askıya alarak ve kıyı şeridini aşındırarak tortu çökelimini önemli ölçüde etkileyebilir.
İklim
- İklim, tortuların üretim ve taşınma oranlarını etkileyebilir.
- Yağmur ve kar erimesi, tortuların taşınmasını artırabilir.
- Kuraklık, tortuların birikmesine ve erozyonun azalmasına neden olabilir.
Arazinin Eğimi
- Dik arazilerde, tortular daha hızlı taşınır ve daha az birikir.
- Düz arazilerde, tortular daha yavaş taşınır ve daha fazla birikir.
Kıyı Şeridi Şekli
- Girintili kıyı şeritleri, tortuların birikmesi için daha fazla alan sağlar.
- Düz kıyı şeritleri, tortuların daha az birikmesine ve daha fazla taşınmasına neden olur.
Tortu çökelimini etkileyen birçok faktör vardır. Bu faktörlerin kombinasyonu, farklı tortul kayaç türlerinin oluşmasına neden olur. Tortu çökelimini anlamak, jeolojik geçmişi ve geleceği anlamak için önemlidir.
Ek Bilgiler
Türbülanslı akış, laminerden daha mı hızlıdır?
Reynolds sayısı atalet ve viskoz kuvvetler arasındaki oran bu hız farkını ortaya koymaktadır. Özellikleri akış yüzden de bu özel durumda, numaratör hızını türbülanslı akış olduğu zaman hızlı laminer daha hızlıdır.
Kritik Reynolds sayısı nedir?
Bir kritik Reynolds sayısı laminer akış akış türbülanslı değiştiren bir sınır olarak belirlenir. Hesaplanan NRe kritik Reynolds sayısı NRec’den büyükse, akış rejimi türbülanslıdır; aksi takdirde akış rejimi laminerdir. Düşük Reynolds sayılarında, akışlara laminer (tabaka benzeri) akış hakim olurken, yüksek Reynolds sayılarında akışlar türbülanslı olma eğilimindedir. Reynolds sayıları , akışkanlar mekaniğinde önemli bir boyutsuz niceliktir.
Kritik Reynolds sayısı, bir akışkanın laminer akıştan türbülanslı akışa geçişinin başladığı Reynolds sayısını ifade eder. Bu sayının değeri, akışkanın türüne, akış geometrisine ve yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak değişir.
Kritik Reynolds sayısının bazı tipik değerleri:
- Dairesel borulardaki akış: 2300
- Düz levhalar üzerindeki akış: 500.000
- Küçük küreler üzerindeki akış: 0.5
Reynolds numarası neden kullanılır?
Reynolds sayısı boyutsuz olan sayı olduğu kullanılan bir desen çalkantılı ve laminer akış arasında ayrım yapmak ve farklı akışkan durumlarda nasıl akacağını tahmin etmek için kullanılır. Borulardaki akışkan akışı, kanatların aerodinamiği ve denizaltıların hidrodinamiği gibi akışkanlar mekaniğindeki birçok problemin çözümünde de kullanılır.
Reynolds sayısının kullanım alanları:
- Borulardaki akışkan akışı
- Kanatların aerodinamiği
- Denizaltıların hidrodinamiği
- Isı eşanjörleri
- Kimyasal reaktörler
- Pompalar ve türbinler
- Mikroakışkanlar
En yüksek Reynolds sayısı nedir?
Re = ρVD/μ
Burada:
ρ = Akışkanın yoğunluğu
V = Akışkanın hızı
D = Karakteristik uzunluk (borunun çapı, kanat profili uzunluğu vb.)
μ = Akışkanın viskozitesi
Tüneldeki yüksek basınç SF6 ve yakın zamanda tamamlanan aktif ızgara sayesinde, akışın ne kadar türbülanslı olduğunun bir ölçüsü olan Taylor Reynolds sayısı 6600 üretildi. (Karşılaştırma olarak, atmosferdeki en yüksek Reynolds sayıları yaklaşık 10.000’dir.)
Su laminer mi yoksa türbülanslı mı?
Su, küçük bir kuvvetle musluktan çıktığında, önce laminer akış sergiler, ancak yerçekimi kuvveti ile ivme hemen devreye girdiğinde, akışın Reynolds sayısı hızla artar ve laminer akış türbülanslı akışa geçebilir. Suyun laminer mi yoksa türbülanslı mı olduğu, akışkanın hızına, viskozitesine ve geometriye bağlıdır.
Altı farklı sıvı akışı türü vardır
- Kararlı ve Kararsız,
- Üniform ve Üniform Olmayan,
- Laminer ve Türbülanslı,
- Sıkıştırılabilir ve Sıkıştırılamaz,
- Rotasyonel ve Ir-rotasyonel ve,
- Bir, İki ve Üç Boyutlu Akışkan Akışı.